JP5039630B2

JP5039630B2 - 計測モジュール

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Publication number: JP5039630B2
Application number: JP2008097672A
Authority: JP
Inventors: 勝也小山
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: JP2009250733A

Description

本発明は、ファラデーの法則による電磁気力を利用して導電性流体の流量を測定する電磁流量計を構成する検出器の計測モジュールに関する。

従来から、導電性流体の流量を測定する装置として、流体に磁界を印加することにより得られる電圧を利用して流量を測定する電磁流量計が知られている。電磁流量計は、導電性流体に磁界を印加しそれにより電圧を得る検出器と、検出器によって得られる電圧を流量及び流量に対応する電流値に変換する変換器とで構成されている。

電磁流量計を構成する検出器として、電極が流体に接する接触タイプのものと、電極が流体に接しない非接触タイプのものとが存在する。接触タイプの検出器は、電極が流体に接するので精度よく電圧を検出することができる反面、流体の一部が電極に付着するので、電極に付着した汚れを取り除く作業が必要である。したがって、非接触タイプの検出器が多く利用されている。また、電極が外周面に取り付けられていてセラミックスにより形成されているパイプが用いられた検出器も多く利用されている。
以下に、従来の非接触タイプの検出器として、「特開２００２−３４０６３７号公報」に開示されている検出器（以下、「従来の検出器」という）を説明する。

従来の検出器は、図２５に示すように、配管１００１の内部に配設され、流路１０１５を形成するとともに端部側にＯ（オウ）リング１０１６が装着される溝１０１７が設けられたパイプ１０１８を有する。パイプ１０１８はセラミックスにより形成されている。また、従来の検出器は、パイプ１０１８の端部に装着されるシール部材であるガスケット１０１９と、ガスケット１０１９の外側からパイプ１０１８に装着されるアースリング１０２０と、アースリング１０２０の螺合部１０２１に螺合して装着されるハウジング１０２２とを有する。
ハウジング１０２２の内周の端部には、アースリング１０２０に螺合する螺合部１０２３が設けられており、螺合部１０２３と対向する外側の位置にはフランジ１０２４が設けられている。

アースリング１０２０は、パイプ１０１８の外周に係合する大きさの内径を有する筒部と、筒部に連設しパイプ１０１８の流路１０１５の径と実質上同じ径の孔１０２５を有する底部とで形成されている。

アースリング１０２０の筒部の外周にはＯ（オウ）リング１０２７が装着される溝１０２８が設けられており、溝１０２８の延長線上にハウジング１０２２と螺合する螺合部１０２１が設けられている。

流路１０１５を有するパイプ１０１８の外側は中央部が細く、端部に行くにしたがって序々に肉厚になっている。細い中央部の外周には励磁コイル１０２９で構成される励磁部１０３０が配置されている。

このように、従来の検出器では、セラミックスにより形成されたパイプ１０１８が用いられており、その外周の径が細い部分に励磁コイル１０２９で構成される励磁部１０３０が配置されている。
特開２００２−３４０６３７号公報

しかしながら、従来の検出器では、励磁部１０３０がパイプ１０１８の外周にどのように配置されているのかが不明である。パイプ１０１８が加工されてその外周に励磁部１０３０が配置されていると想定することもできるが、パイプ１０１８は硬質のセラミックスにより形成されているので、パイプ１０１８を加工するとコストが高くなる。
本発明は、低コストでセラミックスにより形成されているパイプが用いられた計測モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の計測モジュールは、
変換器とともに電磁流量計を構成する検出器の一部品である計測モジュールであって、（Ａ）セラミックスにより形成されているパイプと、前記パイプの外周に設けられている一対の電極と、前記パイプの外側に配置されており、前記一対の電極を保護するシールド部材と、前記パイプの外側に配置されている一対のコイルと、前記パイプの外側に配置されており、前記パイプの周方向に沿った切り欠きが設けられているヨークと、前記一対の電極により得られる電圧を増幅する回路が設けられているプリアンプ基板及び差動アンプ基板と、前記計測モジュール外部の電源と前記プリアンプ基板及び前記差動アンプ基板とを結線する中継基板と、前記パイプの外周に設けられており、前記シールド部材及び前記ヨークが取り付けられるべき部位が設けられている位置特定部材とを備え、（Ｂ）前記シールド部材及び前記ヨークは前記位置特定部材の前記シールド部材及び前記ヨークが取り付けられるべき部位に取り付けられており、前記プリアンプ基板、前記差動アンプ基板、及び前記中継基板は、前記ヨークの前記切り欠きに配置されている。

本発明は、低コストでセラミックスにより形成されているパイプが用いられた計測モジュールを提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
先ず、本実施の形態に係る電磁流量計の構成を説明する。その電磁流量計はファラデーの法則による電磁気力を利用して導電性流体の流量を測定する装置であって、検出器１と変換器２とで構成されている。

図１は本実施の形態に係る電磁流量計の回路図である。図１に示すように、検出器１は、コイル１１と、パイプ１２と、電極１３ａ及び電極１３ｂと、信号増幅回路１４の一部であるバッファ１４１ａ及びバッファ１４１ｂと、差動増幅器１４２とで構成されている。

コイル１１は後述する励磁回路２４から印加される電圧によりパイプ１２に磁場を与える。パイプ１２は測定対象である導電性流体の流路である。電極１３ａ及び電極１３ｂは、パイプ１２の外周の対向する位置に設けられており、コイル１１による磁場とパイプ１２を流れる導電性流体とがファラデーの法則による電磁気力により発生させる電圧を得るための部品である。信号増幅回路１４は、バッファ１４１ａと、バッファ１４１ｂと、差動増幅器１４２と、増幅器１４３とを有し、電極１３ａ及び電極１３ｂにより得られる電圧の信号を増幅する。なお、増幅器１４３は変換器２に配置されている。検出器１は鋼鉄製のハウジング内に収められている。

変換器２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１と、チャージ回路２２と、ＤＣ／ＤＣ変換回路（信号増幅回路・ＣＰＵ用電源）２３と、励磁回路２４と、信号増幅回路１４の残部である増幅器１４３と、Ａ／Ｄ変換器２５と、ＣＰＵ（演算・制御）２６と、絶縁回路２７とで構成されている。

ＤＣ／ＤＣ変換回路２１は、スイッチング電源及び電流出力回路２１１等を有し、外部電源１０からの電圧を検出器１と変換器２の内部とに印加される電圧に変換する。チャージ回路２２はＤＣ／ＤＣ変換回路２１からの電圧をチャージし、ＤＣ／ＤＣ変換回路２３はＡ／Ｄ変換器２５、ＣＰＵ２６及び信号増幅回路１４への電圧を生成する。励磁回路２４はチャージ回路２２から供給される電圧をそのままコイル１１に印加する。

Ａ／Ｄ変換器２５は信号増幅回路１４からのアナログの信号をディジタルの信号に変換する。ＣＰＵ２６はＡ／Ｄ変換器２５からのディジタルの信号を流量及び流量に対応する電流値に変換する。

また、本実施例のシステムにおいては、変換器２の内部を検出器１と共通のグランドと、外部電源１０と共通のグランドとを持つ構造としているため、検出器１にて検出された流量に基づいてＣＰＵ２６がスイッチング電源及び電流出力回路２１１を制御するために出力電流指示信号を送る経路の途中に絶縁回路２７を設けると共に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１のコイルの間も絶縁する構成を用いている。

次に、本実施の形態の検出器１の機械的な構成を説明する。
図２は本実施の形態の検出器１の分解斜視図であり、図３は本実施の形態の検出器１の断面図である。図２及び図３に示すように、本実施の形態の検出器１はハウジング３１と計測モジュール３２とで構成されている。図２及び図３に関し更に説明すると、図２はハウジング３１の内部に設けられている柱状の空洞部に矢印の向きに計測モジュール３２が装着されようとする様子を示しており、図３はハウジング３１の空洞部に計測モジュール３２が装着された状態の断面を示している。電磁流量計が使用される際、計測モジュール３２はハウジング３１の空洞部に装着される。より詳細には、計測モジュール３２は、計測モジュール３２のハウジング３１への挿入方向の端面３５５を、ハウジング３１の空洞部の軸方向の端面３１３に当接し、位置決めされる位置まで挿入する。位置決め後、計測モジュール３２は、図２に示す矢印方向から計測モジュール位置決め部材３１４をハウジング３１に挿入することにより計測モジュール３２はハウジング３１に固定される。なお、計測モジュール位置決め部材３１４は、その外周に雄ねじ部が形成されており、この雄ねじ部をハウジング３１に形成される雌ネジ部に螺合させることにより固定するようになっている。また、計測モジュール３２と計測モジュール位置決め部材３１４とはそれらの間に配置されるＯ（オウ）リング３１５によって密着している。ハウジング３１は、筒状の本体部３１１と、本体部３１１の両端に設けられている鋼鉄製のフランジ３１２とで構成されている。ハウジング３１は例えば鋳造により形成される。

次に、本実施の形態の計測モジュール３２の機械的な構成を説明する。
図４は本実施の形態の計測モジュール３２の外観図であり、図５は本実施の形態の計測モジュール３２の分解斜視図である。図４及び図５に示すように、本実施の形態の計測モジュール３２は、パイプ３２２と、第１パイプホルダ３２３ａ及び第２パイプホルダ３２３ｂと、電極３２４ａ及び電極３２４ｂと、シールドケース３２５ａ及びシールドケース３２５ｂと、ヨーク３２６ａ及びヨーク３２６ｂと、コイル３２７ａ及びコイル３２７ｂと、ポールピース３２８ａ及びポールピース３２８ｂと、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂと、シールドカバー３３０ａ及びシールドカバー３３０ｂと、差動アンプ基板３３１と、第１中継基板３３２と、第２中継基板３３３とで構成されている。パイプ３２２は図１に示されるパイプ１２に対応し、電極３２４ａ及び電極３２４ｂは図１に示される電極１３ａ及び電極１３ｂに対応し、コイル３２７ａ及びコイル３２７ｂは図１に示されるコイル１１に対応する。

次に、図６〜図２４を用いて、本実施の形態の計測モジュール３２の機械的な構成をその製造方法等を示しながら説明する。
図６は本実施の形態の計測モジュール３２を構成するパイプ３２２の外観図である。図６に示すように、パイプ３２２は、軸方向の両端部の径が中央部の径より大きく、つまり中央部が両端部より細く、セラミックスで形成されている導電性流体の流路である。なお、パイプ３２２の軸方向の両端部の径の大きさは、図３に示すように、実質的にハウジング３１に形成される空洞部の径より若干小さいものに設定されている。一方、パイプ３２２の軸方向の中央部の径の大きさは、パイプ３２２の外周面とハウジング３１の内周面との間の空間に計測モジュール３２の後述する主要部品を配置する必要があるため、パイプ３２２の軸方向の両端部の径に比べ小さくなっている。

図７は本実施の形態の計測モジュール３２を構成するパイプホルダ３２３の一部の外観図であり、図８はパイプホルダ３２３がパイプ３２２に取り付けられる様子を示す図である。図９はパイプホルダ３２３の一部がパイプ３２２に取り付けられた様子を示す図であり、図１０はパイプ３２２へのパイプホルダ３２３の取り付け状態を示す図である。図８に示すように、第１パイプホルダ３２３ａは半円状のリング部材３２３ａａと半円状のリング部材３２３ａｂとで構成されており、第２パイプホルダ３２３ｂは半円状のリング部材３２３ｂａと半円状のリング部材３２３ｂｂとで構成されている。

各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂの構成は同様であって、図７及び図８に示すように、リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂそれぞれには、一方の端部に上向きの凸部が設けられているとともにその凸部のすぐ内側に凹部が設けられており、他方の端部に下向きの凸部が設けられているとともにその凸部のすぐ内側に凹部が設けられている。一対のリング部材の一方の端部と他方の端部との双方が嵌合することにより、リング状のパイプホルダ３２３が形成される。

つまり、半円状のリング部材３２３ａａの一方の端部と半円状のリング部材３２３ａｂの一方の端部とが嵌合し、半円状のリング部材３２３ａａの他方の端部と半円状のリング部材３２３ａｂの他方の端部とが嵌合することにより、リング状のパイプホルダ３２３ａが形成される。同様に、半円状のリング部材３２３ｂａの一方の端部と半円状のリング部材３２３ｂｂの一方の端部とが嵌合し、半円状のリング部材３２３ｂａの他方の端部と半円状のリング部材３２３ｂｂの他方の端部とが嵌合することにより、リング状のパイプホルダ３２３ｂが形成される。このリング状のパイプホルダ３２３ａならびにパイプホルダ３２３ｂは、図８及び図９に示すように、組み立て体の状態でパイプ３２２の中央部の外周の径と実質的に同じ内径を有している。また、上記実施例においては、リング状のパイプホルダ３２３ａならびにパイプホルダ３２３ｂは、一対の半円形状のリング部材３２３ａａ〜３２３ｂｂにて構成したが、組み立て体としてリング状のパイプホルダを形成する構造であれば、例えばリング状のパイプホルダを三分割や四分割にしたものでもよく、さらには等分割である必要なく、不等分割の形状から構成されるものであってもよい。

また、図７に示すように、各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂは、ヨーク３２６が取り付けられるべき部位である凸状のヨーク位置決め用ボス７０１と、シールドケース３２５が取り付けられるべき部位であるシールドケース位置決め用ミゾ７０２とが設けられている。また、図８及び図９に示すように、第１パイプホルダ３２３ａ及び第２パイプホルダ３２３ｂはパイプ３２２の中央部の両端に配置される。なお、第１パイプホルダ３２３ａと第２パイプホルダ３２３ｂとのパイプ３２２の軸方向の離間距離は、第１パイプホルダ３２３ａと第２パイプホルダ３２３ｂとの間に渡ってヨーク３２６やシールドケース３２５を位置決めすることによって定められる。

また、図１０に示すように、パイプホルダ３２３ｂは、パイプ３２２の両端部の中央部より径が大きい部位に一部が接するように筒状の縁を有している。これにより、第１パイプホルダ３２３ａと第２パイプホルダ３２３ｂと、二つのホルダに渡って位置決めされるヨーク３２６やシールドケース３２５等からなる組み立て体のパイプ３２２の軸方向の位置決めが行われる。なお、この組み立て体のパイプ３２２の軸方向の位置決めは、パイプの両端部を用いず、パイプ外周面上に凸状または凹状の位置決め部位を形成し、いずれか一方のパイプホルダにこの位置決め部位に係止する位置決め部位を形成するようにしてもよい。また、この際は、パイプ側に設けられる位置決め部位をパイプの周方向における組み立て体の位置決め機能を兼ねるようにすることが好ましい。なお、各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂは樹脂等で形成される。

図１１は本実施の形態の計測モジュール３２を構成するパイプ３２２、電極３２４及びシールドケース３２５等の外観図であり、図１２はシールドケース３２５の外観図である。図１３はシールドケース３２５が半円状のリング部材３２３ｂａ及び半円状のリング部材３２３ｂｂに取り付けられようとする様子を示す図であり、図１４及び図１５はシールドケース３２５が半円状のリング部材３２３ｂａ及び半円状のリング部材３２３ｂｂに取り付けられた様子を示す図である。

電極３２４ａ及び電極３２４ｂは、図１に示される電極１３ａ及び電極１３ｂそれぞれに対応しており、パイプ３２２の外周の、パイプ３２２の軸方向と直交する線上で対向する位置に設けられる。電極３２４ａ及び電極３２４ｂは、シート状の銅箔の表面に防錆、防塵のための樹脂シートで覆ったもので形成されている。ところで、電極３２４ａ及び電極３２４ｂは、パイプ３２２にパイプホルダ３２３が取り付けられる前にパイプ３２２に取り付けられる。電極３２４ａ及び電極３２４ｂがパイプ３２２に取り付けられた後、各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂのパイプ３２２への取り付け位置が例えば鉛筆によって特定される。その特定された位置に各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂは配置される。

シールドケース３２５ａ及びシールドケース３２５ｂは、電極３２４ａ及び電極３２４ｂを覆うことによりそれらを保護する部品であって、図１１及び図１２に示すように、その形状は橋状であり、それぞれには凸状のシールドケース位置決め用ツメ９０１が形成されている。各シールドケース位置決め用ツメ９０１が対応するシールドケース位置決め用ミゾ７０２に嵌め込まれ取り付けられることにより、シールドケース３２５ａ及びシールドケース３２５ｂは第１パイプホルダ３２３ａ及び第２パイプホルダ３２３ｂに固定される。これにより、シールドケース３２５ａ及びシールドケース３２５ｂは、パイプ３２２の外周の実質的に全体を覆う構成を有し、これによって内部に配置される電極３２４ａ及び電極３２４ｂに影響を及ぼす恐れのあるノイズを極力排除できるようになっている。

より詳細には、図１１に示すように、シールドケース３２５ａ及びシールドケース３２５ｂの各々のパイプ３２２の周方向に延びる一端には、三分割された舌状部材３５６が形成され、他端には、パイプ３２２における軸方向の両端部に位置する二つの舌状部材３５７が形成されている。そして、二つのシールドケースが、パイプホルダ３２３に組み付けられた際、シールドケース３２５ａの一端に設けられる三分割された舌状部材３５６の両端の二つの舌状部材が、図１３に示すように、シールドケース３２５ｂの他端に設けられたパイプ３２２における軸方向の両端部に位置する二つの舌状部材３５７の上側に位置すると共に、シールドケース３２５ａの一端に設けられる三分割された舌状部材３５６の中央部の一つの舌状部材が、図１３に示すように、シールドケース３２５ｂの他端に設けられた中央端部の下側に挿入されることにより、シールドケース３２５ａの一端に設けられる三分割された舌状部材３５６が、シールドケース３２５ｂの他端を上下方向から挟み込むことにより、両シールドケースが接続される。なお、上記実施例においては、一対の電極をシールドするためのシールドケースは、実質的に同一の形状を有する一対のものから構成したが、上述した二つのシールドケースを帯状の一体的なものとし、パイプ３２２の周方向に巻きつけた後、周方向の両端を上述したような端部の構成で係合させる構成としてもよい。また、周方向の両端の係合構造は、上述した構造以外に限定されることはなく、二つの端部を係合構造できる構造であればよい。

図１６は本実施の形態における、コイル３２７が取り付けられたヨーク３２６がシールドケース３２５が取り付けられたパイプ３２２に取り付けられようとする様子を示す図であり、図１７はヨーク３２６、コイル３２７、及びポールピース３２８の外観図である。図１８はヨーク３２６がパイプホルダ３２３に取り付けられようとする様子を示す図であり、図１９及び図２０はヨーク３２６がパイプホルダ３２３に取り付けられた様子を示す図である。

図１６に示すように、ヨーク３２６ａ及びヨーク３２６ｂは、それらでパイプ３２２の外周を囲うように柱を半分に割ったような形状を有し、それらの中央には周方向に沿った所定の幅の切り欠きが設けられている。言い換えれば、ヨーク３２６ａ及びヨーク３２６ｂは、一対のパイプホルダの各々に取り付けるためにパイプ３２２の周方向に沿った形状を有する一対の部材とこの一対の部材をパイプの軸方向で連結する連結部材とからなる構造を有している。コイル３２７ａはヨーク３２６ａの所定の位置にポールピース３２８ａによって取り付けられており、コイル３２７ｂはヨーク３２６ｂの所定の位置にポールピース３２８ｂによって取り付けられている。詳細には、ヨーク３２６ａの上述した一対の部材をパイプの軸方向で連結した連結部材に対して、コイル３２７ａはポールピース３２８ａによって取り付けられており、コイル３２７ｂも同様な構成で、ヨーク３２６ｂに取り付けられている。

図１７に示すように、ヨーク３２６には外周部の所定の位置に切り欠きが設けられており、それはヨーク位置決め用ミゾ１４０１として機能する。図１８に示すように、パイプホルダ３２３の外周面上に設けられるヨーク位置決め用ボス７０１それぞれに、対応するヨーク３２６のヨーク位置決め用ミゾ１４０１が配置される。このようにして、ポールピース３２８によってコイル３２７が取り付けられたヨーク３２６ａ及びヨーク３２６ｂは、シールドケース３２５に覆われたパイプ３２２の外周に取り付けられる。

詳細には、図１９に示すように、ヨーク３２６ａ及びヨーク３２６ｂの各々のパイプ３２２の周方向に位置する両端部には、取り付け孔を有する一対の取り付け部３６０が設けられ、パイプ３２２の周面に上述した位置決めを行うことで、取り付け部３６０が重なり合い、重なり合う取り付け孔に図示しないねじを挿入、絞めこむことで両ヨークが一体的に構成されるようになっている。なお、上述した実施例ではヨークは一対の実質的に同形状のものを用いたが、同形状である必要はなく、または上述した二つのヨークを例えば、ヒンジ部を介して一体的に形成し、パイプ３２２の周方向に巻きつけた後、両端を上述したような端部の構成で係合させる構成としてもよい。

なお、上記実施例においては、パイプ３２２に対して、シールドケースを装着した後、ヨークを取り付けるようにしているため、シールドケースを位置決めするためのパイプホルダにおける部位の位置を、パイプ３２２の軸方向における内側、特にパイプホルダのパイプ３２２の軸方向における内側の面に配置し、ヨークを位置決めするためのパイプホルダにおける部位の位置を、パイプホルダの上面とすることにより、両方の部材の位置決めを可能としている。言い換えれば、パイプ３２２の中心から径方向の距離で考えれば、シールドケースを位置決めするためのパイプホルダにおける部位の位置が、ヨークを位置決めするためのパイプホルダにおける部位の位置よりパイプの中心に対して近い位置にあるということができる。

ところで、ファラデーの法則による電磁気力を利用して導電性流体の流量を測定するためには、電極３２４ａと電極３２４ｂとを結ぶ直線と、コイル３２７ａとコイル３２７ｂとを結ぶ直線とは直交していなければならない。言い換えると、パイプ３２２の軸方向の特定の位置における、軸方向に直交する平面に含まれるパイプの外周面上においてパイプの周方向に１８０度離間した位置に電極３２４ａと電極３２４ｂとが配置されるとともに、これら電極３２４ａと電極３２４ｂとに対して、軸方向に直交する同一の平面に含まれるパイプの外周面上においてパイプの周方向に９０度各々離間し、パイプの周方向に１８０度離間した位置に一対のコイル３２７ａとコイル３２７ｂとが配置される。その条件を満たすように、ヨーク位置決め用ボス７０１及びシールドケース位置決め用ミゾ７０２は、パイプホルダ３２３を構成する各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂに設けられている。なお、本実施例においては、各リング部材３２３ａａ〜リング部材３２３ｂｂに、ヨークならびにシールドケースを位置決めするためのボス７０１やミゾ７０２を設けたが、この具体的な構造はリング部材表面に切り込みを入れることにより設ける必要はなく、リング部材に必要な凸部を設け、ヨークならびにシールドケースにこの凸部に対応する位置決め構造を設ければよい。

図２１はヨーク３２６が取り付けられた後のパイプホルダ３２３に第１中継基板３３２、プリアンプ基板３２９及び差動アンプ基板３３１等が取り付けられた様子を示す図であって、計測モジュール３２の外観図である。プリアンプ基板３２９としてのプリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂには、図１に示す信号増幅回路１４のバッファ１４１ａ及びバッファ１４１ｂそれぞれが設けられている。プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂは、電極３２４ａと電極３２４ｂとを接続し、ハイインピーダンスの信号をバッファする短冊状の基板であって、パイプホルダ３２３に取り付けられたヨーク３２６の切り欠きに橋を渡すように設けられる。より具体的には、第１パイプホルダ３２３ａ及び第２パイプホルダ３２３ｂに各々位置決めされる部位とこれらの部位を連結する連結部とからなる各ヨーク３２６ａ及び３２６ｂには、各パイプホルダに支持される部位に設けられる一対の基板支持部３７０が、各プリアンプ基板、差動アンプ基板ならびに各中継基板に対応して設けられている。特にプリアンプ基板については、それ自体をノイズから保護するためにシールドする必要があるため、各プリアンプ基板が位置決めされる個所のシールドケースにプリアンプ基板を挿入可能な開口部３６１が設けられ、その周囲には開口部３６１の周辺にパイプ径方向の外側に向けて延びる壁部３６２が設けられている。この壁部３６２の上端部の上方ならびに外周に、後述するシールドカバーを配置させることにより、内部に位置するプリアンプ基板を極力シールドする構造となっている。また、プリアンプ基板を支持するヨーク３２６には、プリアンプ基板を支持する支持部３７０が、ヨーク３２６から垂下した形状を有し、各プリアンプ基板がシールドケースの開口部３６１内に位置決めされるようになっている。

このような構成により、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂをヨーク３２６ａ及びヨーク３２６ｂに支持し、電極３２４ａと電極３２４ｂの近傍に設けることができるため、各電極と各プリアンプ基板とを接続する信号線の実質的な距離を短くすることができ、電極とプリアンプとの間に生成されるハイインピーダンスな信号にノイズがのることを極力抑制できる。

シールドカバー３３０ａ及びシールドカバー３３０ｂは、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂを電気的に保護する部品であり、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂをヨークに対して位置決め保持させた後、シールドケースに設けられた開口部３６１を覆い、壁部３６２の上端部を覆うように、ヨーク部に支持される。図５に示すように、シールドカバー３３０ａはプリアンプ基板３２９ａを覆うように配置され、シールドカバー３３０ｂはプリアンプ基板３２９ｂを覆うように配置される。なお、図２１には、シールドカバー３３０ａ及びシールドカバー３３０ｂは示されておらず、第２中継基板３３３も示されていない。

差動アンプ基板３３１には、図１に示す信号増幅回路１４の差動増幅器１４２が設けられており、バッファ１４１ａの出力とバッファ１４１ｂの出力との差動をとる。差動アンプ基板３３１もヨークに対して一対の支持部によって支持されることにより、各プリアンプ基板からの信号線を極力短いものとすることにより、ノイズがのることを抑制している。第１中継基板３３２は、図１に示す検出器１の外部装置である変換器２のＤＣ／ＤＣ変換回路２３と検出器１のプリアンプ基板３２９及び差動アンプ基板３３１の各々を結線する。また、第１中継基板３３２には、一対のコイル３２７ａと３２７ｂの一方から延びるコイル線が結線させ、基板を介して変換器２の励磁回路２４に接続される。これにより、検出器１の外側と検出器１のプリアンプ基板３２９、差動アンプ基板３３１及びコイル３２７とをつなぐ配線の簡素化を図ることができる。また、第１中継基板３３２は、図２１に示すように一対のコイル３２７ａとコイル３２７ｂの一方に近接した位置で、ヨークに支持されるようになっている。差動アンプ基板３３１及び第１中継基板３３２は、図２１に示すように、プリアンプ基板３２９と同様に、パイプホルダ３２３に取り付けられたヨーク３２６の切り欠きに橋を渡すように、一対のヨークの取り付け部に対して設けられる。また、第２中継基板３３３は、上述した第１中継基板３３２が隣接するコイルとは別のコイルに近接した位置で、ヨークに支持されるようになっている。そして、第２中継基板３３３は、近接するコイルから延びるコイル線を結線し、信号線を第１中継基板３３２に結線し、第１中継基板３３２を介して変換器２の励磁回路２４と接続するようになっている。これにより、他方のコイルからのコイル線と第２中継基板３３３から延びる信号線の配線の簡素が図れるようになっている。なお、第２中継基板３３３は、パイプ３２２の径が大きくない場合はパイプ３２２に配置されなくてもよい。

図２２はコイル３２７ａ及びコイル３２７ｂを含む計測モジュール３２の断面図であり、図２３はプリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂを含む計測モジュール３２の断面図である。図２３からもわかるように、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂは、シールドケースに設けられる開口部からシールドケース内部に挿入、位置決めされ、その開口部の上方をシールドカバー３３０ａ及びシールドカバー３３０ｂによって覆われている。図２４は、コイル３２７ａ及びコイル３２７ｂと、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂと、差動アンプ基板３３１と、第１中継基板３３２と、第２中継基板３３３とを含む計測モジュール３２の断面図である。この断面から、ヨークに対して位置決め保持されるコイル３２７ａ及びコイル３２７ｂと、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂと、差動アンプ基板３３１と、第１中継基板３３２と、第２中継基板３３３が、パイプの軸方向に直交する平面に含まれるパイプ３２２の外周に互いに干渉することなくパイプの周方向に配置されていることがわかる。

以上説明したように、本実施の形態の計測モジュール３２には、ヨーク３２６が取り付けられるべき部位である凸状のヨーク位置決め用ボス７０１と、シールドケース３２５が取り付けられるべき部位であるシールドケース位置決め用ミゾ７０２とが設けられているパイプホルダ３２３が用いられている。そのようなパイプホルダ３２３を用いることにより、セラミックスにより形成されているパイプ３２２に対するシールドケースやヨークを位置決め保持するための加工を極力抑制しつつ、シールドケース３２５、ヨーク３２６、及びコイル３２７を所定の位置に配置することができる。すなわち、低コストで計測モジュール３２を製造することができる。

また、シールドケース３２５及びヨーク３２６は、パイプホルダ３２３のシールドケース位置決め用ミゾ７０２及びヨーク位置決め用ボス７０１に簡単な手段により取り付けられているので、パイプホルダ３２３から容易に取り外すことができる。したがって、シールドケース３２５、ヨーク３２６及びコイル３２７を容易に交換することができる。
ところで、検出器１が配置される流路の大きさは多様である。つまり、検出器１を構成するハウジング３１の柱状の空洞部の径は多様である。そのため様々な径の空洞部に適合するように、計測モジュール３２の直径も多様である。図２５は、直径が１５ｍｍの計測モジュール３２Ａの外観と、直径が１００ｍｍの計測モジュール３２Ｂの外観とを、同一の表示比率で示している。図２６は計測モジュール３２Ａ及び計測モジュール３２Ｂの断面図である。

図２５及び図２６に示すように、計測モジュール３２Ａと計測モジュール３２Ｂとを比較すると、パイプ３２２の直径は異なるが、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂ、差動アンプ基板３３１、第１中継基板３３２、並びに、第２中継基板３３３の大きさは同一である。つまり、パイプ３２２の直径が異なっても、パイプ３２２の外周に位置決めされるプリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂ、差動アンプ基板３３１、第１中継基板３３２、並びに、第２中継基板３３３は共通の部品を活用できるようにしている。この構造を達成するために、各パイプのサイズにおいて考慮すべきことは、パイプの軸方向に設けられる一対のパイプホルダ３２３に対して支持させるヨークの各パイプホルダに支持させる部位のパイプ３２２の軸方向の幅であり、このパイプホルダに対する支持部のパイプ軸方向の幅を一対のパイプホルダの配置距離から差し引いた距離がプリアンプ基板のパイプ軸方向の長さより少なくとも若干大きい必要がある。その理由は、プリアンプ基板は、最終的にシールドケース内にシールドケースの開口部を介して配置させる必要があるためである。なお、その際、その他の差動アンプ基板３３１、第１中継基板３３２、並びに、第２中継基板３３３は、パイプ軸方向において、各基板の一部をヨーク上にオーバラップさせる構造を採用することもできる。もちろん、パイプホルダに対する支持部のパイプ軸方向の幅を一対のパイプホルダの配置距離から差し引いた距離が、全ての基板のパイプ軸方向の長さより少なくとも若干大きくことが好ましい。

言い換えれば、一対のパイプホルダの間のパイプ軸方向に形成される切り欠きに、プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂ、差動アンプ基板３３１、第１中継基板３３２、並びに、第２中継基板３３３が配置されている。すなわち、ヨーク３２６の中央に設けられている周方向に沿った切り欠きの幅を同一にすれば、パイプ３２２の直径が異なっても、同じ大きさのプリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂ、差動アンプ基板３３１、第１中継基板３３２、並びに、第２中継基板３３３を用いてサイズの異なる計測モジュール３２を製造することができる。

本発明の計測モジュールは、ファラデーの法則による電磁気力を利用して導電性流体の流量を測定する電磁流量計の一部として有用である。

本実施の形態に係る電磁流量計の回路図本実施の形態の検出器１の分解斜視図本実施の形態の検出器１の断面図本実施の形態の計測モジュール３２の外観図本実施の形態の計測モジュール３２の分解斜視図本実施の形態の計測モジュール３２を構成するパイプ３２２の外観図本実施の形態の計測モジュール３２を構成するパイプホルダ３２３の一部の外観図パイプホルダ３２３がパイプ３２２に取り付けられる様子を示す図パイプホルダ３２３の一部がパイプ３２２に取り付けられた様子を示す図パイプ３２２へのパイプホルダ３２３の取り付け状態を示す図本実施の形態の計測モジュール３２を構成する部品の外観図シールドケース３２５の外観図シールドケース３２５が半円状のリング部材３２３ｂａ及び半円状のリング部材３２３ｂｂに取り付けられようとする様子を示す図シールドケース３２５が半円状のリング部材３２３ｂａ及び半円状のリング部材３２３ｂｂに取り付けられた様子を示す図シールドケース３２５が半円状のリング部材３２３ｂａ及び半円状のリング部材３２３ｂｂに取り付けられた様子を示す図ヨーク３２６がパイプ３２２に取り付けられようとする様子を示す図ヨーク３２６、コイル３２７、及びポールピース３２８の外観図ヨーク３２６がパイプホルダ３２３に取り付けられようとする様子を示す図ヨーク３２６がパイプホルダ３２３に取り付けられた様子を示す図ヨーク３２６がパイプホルダ３２３に取り付けられた様子を示す図パイプホルダ３２３にプリアンプ基板３２９及び差動アンプ基板３３１等が取り付けられた様子を示す図コイル３２７ａ及びコイル３２７ｂを含む計測モジュール３２の断面図プリアンプ基板３２９ａ及びプリアンプ基板３２９ｂを含む計測モジュール３２の断面図計測モジュール３２の断面図サイズの異なる２個の計測モジュール３２の外観図サイズの異なる２個の計測モジュール３２の断面図従来の検出器の構成図

符号の説明

１検出器
２変換器
３１ハウジング
３２計測モジュール
３１１本体部
３１２フランジ
３２２パイプ
３２３ａ第１パイプホルダ
３２３ｂ第２パイプホルダ
３２３ａａ,３２３ａｂ,３２３ｂａ,３２３ｂｂ半円状のリング部材
３２４電極
３２５シールドケース
３２６ヨーク
３２７コイル
３２８ポールピース
３２９プリアンプ基板
３３０シールドカバー
３３１差動アンプ基板
３３２第１中継基板
３３３第２中継基板
７０１ヨーク位置決め用ボス
７０２シールドケース位置決め用ミゾ
９０１シールドケース位置決め用ツメ
１４０１ヨーク位置決め用ミゾ

Claims

変換器とともに電磁流量計を構成する検出器の計測モジュールであって、
セラミックスにより形成されているパイプと、
前記パイプの外周に設けられている一対の電極と、
前記パイプの外側に配置されており、前記一対の電極を保護するシールド部材と、
前記パイプの外側に配置されている一対のコイルと、
前記パイプの外側に配置されており、前記パイプの周方向に沿った切り欠きが設けられているヨークと、
前記一対の電極により得られる電圧を増幅する回路が設けられているプリアンプ基板及び差動アンプ基板と、
前記計測モジュール外部の電源と前記プリアンプ基板及び前記差動アンプ基板とを結線する中継基板と、
前記パイプの外周に設けられており、前記シールド部材及び前記ヨークが取り付けられるべき部位が設けられている位置特定部材とを備え、
前記シールド部材及び前記ヨークは前記位置特定部材の前記シールド部材及び前記ヨークが取り付けられるべき部位に取り付けられており、
前記プリアンプ基板、前記差動アンプ基板、及び前記中継基板は、前記ヨークの前記切り欠きに配置されている
計測モジュール。
大きさが異なる複数の前記計測モジュールが存在し、
前記ヨークの大きさは、前記計測モジュールの大きさに応じて決定され、
前記ヨークの前記切り欠きの大きさは、前記ヨークの大きさにかかわらず実質上不変であり、
前記プリアンプ基板、前記差動アンプ基板、及び前記中継基板の大きさは、前記計測モジュールの大きさにかかわらず実質上不変である
請求項１に記載の計測モジュール。
前記位置特定部材は、（Ａ）前記パイプの外周に接し、前記外周を囲む第１のリングである第１のパイプホルダを構成し、前記シールド部材が取り付けられるべき部位である第１の位置決め部位が設けられているとともに、前記ヨークが取り付けられるべき部位である第２の位置決め部位が設けられている一対の第１の半円状リング部材と、（Ｂ）前記パイプの外周に接し、前記外周を囲む第２のリングである第２のパイプホルダを構成し、前記シールド部材が取り付けられるべき部位である第３の位置決め部位が設けられているとともに、前記ヨークが取り付けられるべき部位である第４の位置決め部位が設けられている一対の第２の半円状リング部材とを有し、
前記シールド部材は、前記第１の位置決め部位及び前記第３の位置決め部位に取り付けられており、
前記ヨークは、前記第２の位置決め部位及び前記第４の位置決め部位に取り付けられている
請求項２に記載の計測モジュール。
前記一対の第１の半円状リング部材それぞれは、両端部に嵌合部が設けられており、一方の前記第１の半円状リング部材の嵌合部と他方の前記第１の半円状リング部材の嵌合部とが嵌め合わされて前記第１のリングである第１のパイプホルダが構成されており、
前記一対の第２の半円状リング部材それぞれは、両端部に嵌合部が設けられており、一方の前記第２の半円状リング部材の嵌合部と他方の前記第２の半円状リング部材の嵌合部とが嵌め合わされて前記第２のリングである第２のパイプホルダが構成されている
請求項３に記載の計測モジュール。
前記一対の電極は、前記パイプの外周の、前記パイプの軸方向と直交する線上で対向する位置に設けられており、
前記一対のコイルは前記ヨークの、対向する位置それぞれに取り付けられており、
前記一対の電極を通る直線と前記一対のコイルを通る直線とが直交するように、前記第２の位置決め部位が前記一対の第１の半円状リング部材それぞれに設けられているとともに、前記第４の位置決め部位が前記一対の第２の半円状リング部材それぞれに設けられている
請求項４に記載の計測モジュール。